李 超，楊 洋，張 睿

（1.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012；2.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司長(zhǎng)春供電公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

接地網(wǎng)是變電站的重要組成，對(duì)變電站的接地安全起到至關(guān)重要的作用。但由于長(zhǎng)期的地下作業(yè)和惡劣的作業(yè)條件，接地網(wǎng)不可避免地會(huì)造成腐蝕，導(dǎo)致電氣性能惡化，直接影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 接地網(wǎng)故障診斷方法

對(duì)于埋入地下網(wǎng)絡(luò)的水平均壓共享導(dǎo)體連接電路網(wǎng)絡(luò)，忽略土壤因素的影響，地面網(wǎng)絡(luò)可視為純電阻網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)部分的剖面面積和電阻率是已知的，它們的原始電阻（標(biāo)稱(chēng)參數(shù)）可以被獲得。當(dāng)接地網(wǎng)運(yùn)行多年后某些導(dǎo)體出現(xiàn)腐蝕或者發(fā)生斷裂時(shí)，此時(shí)的支路電阻與原始值相比變大。利用Tellegen定理可以計(jì)算出端口電阻值和分支電阻值，從而判斷接地網(wǎng)絡(luò)的腐蝕和斷點(diǎn)狀況。

文中定義接地網(wǎng)節(jié)點(diǎn)有n+1個(gè)，支路數(shù)有b條地引線(xiàn)。在該網(wǎng)絡(luò)的第i，j端口加上一個(gè)電流源，其電流值為I0，定義A為選定一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)后網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)矩陣；Yb為支路導(dǎo)納矩陣；Yn為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；Ib為支路電流矩陣；Un為節(jié)點(diǎn)電壓列向量；In為節(jié)點(diǎn)的電流源列向量，根據(jù)電路原理：

由關(guān)聯(lián)矩陣A表示的KCL和KVL方程AIb=0，Ub=A’Un，可以得到Y(jié)nUn=In，從而得到端口電阻Rij=Ub+1/I0，根據(jù)特勒根定理，則有：

式（2）（3）中：Ik′和Uk′分別為電網(wǎng)絡(luò)N′的支路電流和支路電壓；Ik和Uk分別為電網(wǎng)絡(luò)N的支路電流和支路電壓。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)支路k發(fā)生腐蝕或斷裂時(shí)，其支路電阻Rk變?yōu)镽k′，即△Rk=Rk′－Rk，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)的端口電阻Rij變?yōu)镽ij′，即△Rij=Rij′－Rij，根據(jù)特勒根定理，因?yàn)閮删W(wǎng)絡(luò)在i，j端的第b+1條支路的電流都為I0，即Ib+1=I′b+1=I0，Ub+1=－RijI0，U′b+1=－R′ijI0，根據(jù)特勒根定理整理得：

整理式（4）得：

整理式（5）得：

所以，需測(cè)量一系列的端口電阻從而得出一組方程：

其中，m是測(cè)量的端口個(gè)數(shù)，Ik可以由Rk得到。而I′k由R′k決定，但R′k未知，所以，此時(shí)方程仍不能解出。

2 基于拓?fù)浞纸獾姆謪^(qū)域診斷

對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行分層約簡(jiǎn)，得到分解的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)，然后對(duì)約簡(jiǎn)后的結(jié)構(gòu)建立診斷方程，進(jìn)行求解，確定出現(xiàn)腐蝕故障的區(qū)域。對(duì)于一個(gè)具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)、m個(gè)可及節(jié)點(diǎn)的接地網(wǎng)，可以運(yùn)用電路網(wǎng)絡(luò)理論削去不可及節(jié)點(diǎn)，對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行分層約簡(jiǎn)。在保留所有可訪(fǎng)問(wèn)節(jié)點(diǎn)的前提下，最大程度地將準(zhǔn)元組中的一系列分支和并行分支進(jìn)行組合。在保留所有可訪(fǎng)問(wèn)的節(jié)點(diǎn)的前提下，并行分支將把接地網(wǎng)格和最大減少量結(jié)合到網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的至少一個(gè)分支，稱(chēng)為內(nèi)在接地網(wǎng)格，其包含稱(chēng)為內(nèi)部分支的分支，其數(shù)量用BT表示。

圖1 實(shí)驗(yàn)電路本征網(wǎng)絡(luò)圖

3 仿真實(shí)驗(yàn)

為了提高測(cè)量精度，本次實(shí)驗(yàn)采用直流雙電橋方法，使用測(cè)量?jī)x器為CA6240，根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該接地網(wǎng)模擬電路由40條支路，25個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，使0，1，3，5，7，9，11，13，15，17，19，21，23 號(hào)節(jié)點(diǎn)為可及節(jié)點(diǎn)，水平支路電阻為10 Ω，垂直支路電阻為20 Ω。根據(jù)拓?fù)浞纸獾姆椒ǎ瑢?duì)實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行分解，得到分區(qū)域的準(zhǔn)元版塊網(wǎng)絡(luò)，最終得到本征網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

假設(shè)實(shí)驗(yàn)電路中2號(hào)支路發(fā)生較重故障，電阻變?yōu)?20 Ω，28號(hào)支路發(fā)生中度故障，電阻變?yōu)?00 Ω，應(yīng)用上述診斷方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的本征網(wǎng)絡(luò)建立故障診斷方程，在Matlab中求解該診斷方程。

本文針對(duì)不規(guī)則接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用分塊簡(jiǎn)約的方式，將其分成規(guī)則的子模塊，根據(jù)電路原理，建立數(shù)學(xué)關(guān)系模型及診斷方程組，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)分區(qū)域診斷結(jié)果可靠，樣本數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、充足時(shí)，該方法可以對(duì)故障的位置和程度作出有效判斷，對(duì)接地網(wǎng)故障診斷研究具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

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